Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Восточно-Казахстанский университет имени Сарсена Аманжолова

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

по образовательной программе 5В011200-«Химия» на базе СО

На тему:

Методика решения экспериментальных задач на уроках химии в средней школе как средство повышения осознанности знаний учащихся

Выполнила Д.Н Тастамбекова

Научный руководитель к.п.н.,

доцент Г.Е. Абылкасова

Усть-Каменогорск 2022

Содержание

Введение

Глава 1. Методика экспериментальных задач по неорганической химии как метод повышения осознанности учащихся

1.1 Химический эксперимент как специфический метод обучения

1.2 Основные виды химического эксперимента

1.3 Сущность экспериментального химического эксперимента

1.4 Формирование и развитие основных химических понятий курса неорганической химии

Вывод к первой главе

Глава 2. Исследование эффективности экспериментальных задач по неорганической химии как метода развития понятий о химической реакции

2.1 Содержание химического эксперимента для формирования системы понятий о химической реакции

2.2 Исследование эффективности использования химического эксперимента для формирования системы понятий о химической реакции

Вывод ко второй главе

Заключение

Список литературы

Приложения



Введение

В условиях современной школы остается актуальным проблемное обучение. Это метод, отвечающий требованиям формирования творчески активного школьника, и учителя должны широко использовать его в процессе обучения.

Одним из важнейших способов привлечения внимания учащихся к химической науке является экспериментальная задача и усовершенствованная методика его применения. Практика преподавания химии в школе, изучение опыта работы учителей по действующим программам и учебникам, свидетельствуют о невысоком уровне выполнения учащимися химического эксперимента и недостаточной эффективности его применения в учебном процессе. Учащиеся часто не получают необходимых экспериментальных знаний, не умеют объяснить причины и следствия наблюдаемых химических явлений. Причины этого, конечно, разные, но главная из них заключается в том, что в школах недостаточное внимание обращается на выполнение экспериментальных задач с целью развития понятий о химической реакции. Стандартные химические опыты, применяемые в школьном курсе, не дают возможности многогранного, целостного рассмотрения многих вопросов, изучаемых школьниками в настоящее время. В качестве примера можно привести традиционные опыты взаимодействия металлов с растворами солей, которые обычно демонстрируются учащимся. Выполнение только этих экспериментов приводит учеников к поверхностному решению вопроса о взаимодействии металлов с растворами солей. Ведь в этих экспериментах не учитываются различные факторы, влияющие на направление реакций между металлами и растворами солей (возможность взаимодействия металла с водой, гидролиз соли и т.д.). А других экспериментов, учитывающих эти факторы и дающих более целостную и точную картину данного свойства, в школе нет. То же самое наблюдается и при изучении многих других вопросов и разделов школьного курса. На современном этапе развития школы необходимо сочетание традиционных опытов и нового нестандартного эксперимента, который не только иллюстрирует изучаемые явления, но и дает ученикам необходимую информацию, чтобы анализировать материал, применять теоретические знания, получать самостоятельные выводы.

Вышеизложенными обстоятельствами обуславливаются актуальность и выбор темы исследования: экспериментальная задача по неорганической химии как метод развития понятий о химической реакции.

Целью исследования является изучение экспериментально химических задач как метода развития понятий о химической реакции

Объект исследования экспериментальная деятельность учащихся в процессе обучения химии с использованием химического эксперимента

Предметом исследования является процесс формирования понятий о химической реакции при использовании экспериментальных задач.

В основу исследования положена следующая гипотеза: если в процессе обучения химии использовать демонстрационные и ученические химические эксперименты специфического характера, то это приведет к формированию и развитию основных химических понятий, и как следствие, к формированию системы понятий о химической реакции и повышению уровня знаний по химии.

Для проверки гипотезы и достижения цели исследования необходимо было решить следующие задачи:

1. Изучить психолого-педагогическую и методическую литературу по проблеме исследования химического эксперимента.

2. Теоретические основы методики проведения химического эксперимента и возможность его использования в условиях современной школы для формирования понятий о химической реакции учащихся 8 и 9 классов.

3. Разработать комплекс химических экспериментов для учащихся 8 и 9 классов.

Глава 1. Экспериментальная задача по неорганической химии как метод обучения

Данная глава посвящена изучению психолого-педагогической и методической литературы по исследованию экспериментально химических задач по неорганической химии как методу обучения в общеобразовательных учреждениях для формирования у учащихся химических понятий.

1.1 Химический эксперимент как специфический метод обучения

Химический эксперимент придает особую специфику предмету химии. Он является важнейшим способом осуществления связи теории с практикой путем превращения знаний в убеждения.

В методической литературе можно встретить много различных формулировок понятия химического эксперимента, используемого для обучения: «школьный химический эксперимент», «ученический эксперимент по химии» и др. [26, 27, 25, 9] В качестве центрального в этом многообразии понятий можно выделить понятие «учебный химический эксперимент».

В учебном химическом эксперименте наиболее общими являются следующие компоненты:

1) изучение химических объектов (веществ и химических реакций), рассчитанное на одновременное восприятие всеми обучаемыми;

2) постановка целей и задач эксперимента;

3) экспериментальная деятельность самих обучаемых;

4) освоение техники химического эксперимента.

На основе этих общих компонентов понятие учебный химический эксперимент можно представить как специальным образом организованный фрагмент процесса обучения, направленный на познание объектов химии и развитие экспериментальной деятельности обучаемых.[10]

В школьном курсе химии эксперимент является не только методом исследования, источником и средством нового знания, но и своеобразным объектом изучения.

Химический эксперимент выполняет важнейшие функции: образования, воспитания (нравственное, духовное, трудовое, эстетическое, экономическое и др.) и развития (в том числе памяти, мышления, эмоций, воли, мотивов и др.) [10]

Химический эксперимент выполняет и некоторые частные функции - информативную, эвристическую, критериальную, корректирующую, исследовательскую, обобщающую и мировоззренческую. [11]

1. Информативная функция проявляется в тех случаях, когда химический эксперимент служит первоначальным источником познания предметов и явлений. С помощью эксперимента обучаемые узнают о свойствах и превращениях веществ. В этих случаях явления рассматриваются такими, какие они есть в реальной обстановке. Будучи включенным в активную познавательную деятельность, обучаемый в состоянии проникнуть в суть химического явления, освоить его на эмпирическом уровне и использовать усвоенный материал в качестве способа дальнейшего познания. [9,10,11]

2. Эвристическая функция обеспечивает не только установление фактов, но и служит активным средством формирования многих эмпирических понятий, выводов, зависимостей и закономерностей в химии.

Простейший пример, когда на основе опыта устанавливается факт: ученик, нагревая пробирку с перманганатом калия, собирает кислород, и далее проверяя его тлеющей лучиной, убеждается в том, что кислород поддерживает горение.

В учебной деятельности химический эксперимент не только позволяет устанавливать факты, но и служит активным средством формирования многих химических понятий. Например, ученикам можно предложить провести взаимодействие раствора соляной кислоты с цинком и медью.

В две пробирки, содержащие раствор соляной кислоты, кладут по кусочку цинка и меди: в первую пробирку - цинк, во вторую - медь. Наблюдают за течением реакций: во второй пробирке реакция практически незаметна, чем в первой.

На основании проделанного опыта учащиеся приходят к выводу, что не все металлы вытесняют водород из кислот и это зависит от активности металла.

Химический эксперимент также позволяет выводить зависимости и закономерности. Например, при изучении скорости химической реакции необходимо так организовать учебный процесс, чтобы учащиеся сами установили зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. С этой целью им можно предложить провести взаимодействие раствора йодида калия с раствором пероксида водорода в присутствии крахмала.

В три пробирки, содержащие раствор йодида калия с крахмалом, наливают раствор пероксида водорода: в первую пробирку с исходной концентрацией (3%), во вторую - разбавленный в два раза и в третью - разбавленный в четыре раза. С помощью часов или метронома фиксируют, что во второй пробирке реакция протекает в два раза медленнее, чем в первой, а в третьей - в четыре раза.

На основании проделанного опыта учащиеся приходят к выводу, что скорость реакции прямо пропорциональна концентрации реагирующих веществ. Полученный из эксперимента вывод можно оформить графически в координатах «время - концентрация». Такой путь: от эксперимента к графику, а от него к уравнению - пример высшего проявления эвристического вывода. Он возможен при высоком уровне самостоятельности и творческой активности учащихся.

Все вышеприведенные примеры показывают, что эксперимент можно использовать для организации прямых эвристических выводов.

3. Критериальная функция проявляется в том случае, когда результаты опытов подтверждают предположения (гипотезы) обучаемых, т.е. служат той «практикой, что является критерием истины». Это необходимое средство практического доказательства правильности или ошибочности предположительных суждений, выводов, а также подтверждения ряда известных положений.

Химический эксперимент является средством сопоставления суждений с субъективным отражением внешнего мира, полученным посредством чувств. Поэтому он может восприниматься как средство проверки человеческих знаний о внешнем мире. В процессе обучения химии желательно каждое теоретическое суждение проверять на «истинность» с помощью эксперимента.

Например, когда ученики узнали, что вода состоит из водорода и кислорода, то им следует разъяснить, что это единственные составные части воды. В этом случае целесообразно поставить опыт по получению воды из кислорода и водорода: результаты опыта явятся доказательством того, что вода состоит только из этих элементов. Однако учащиеся должны понимать, что эксперимент не является абсолютным средством проверки истины. Приведенный опыт доказывает качественный состав воды, но он еще не говорит о ее количественном составе. Для того чтобы сделать определенные суждения о формуле воды, должны быть проведены новые эксперименты.

Часто эксперимент рассматривается как средство опровержения или подтверждения выдвинутой гипотезы.

4. Корректирующая функция позволяет преодолевать трудности в освоении теоретических знаний: уточнять имеющиеся знания в процессе приобретения экспериментальных умений и навыков, исправлять ошибки обучаемых, осуществлять контроль за приобретенными знаниями.

Изучение количественных отношений в химии без химического эксперимента вызывает трудности в освоении таких понятий, как «моль», «молярная масса», «молярный объем», «относительная плотность газов», а также в понимании количественных закономерностей, составляющих сущность стехиометрических законов. Эти трудности в перспективе могут быть преодолены путем разработки специальных количественных экспериментов и количественных экспериментальных задач, которые, к сожалению, не предусмотрены существующими программами по химии полной средней общеобразовательной школы.

Ученические опыты можно использовать для формирования правильных суждений учащихся и исправления ошибочных. Например, изучая свойства кислотных оксидов, учащиеся на уроке узнают из эксперимента, что оксид углерода (IV) и оксид серы (IV) взаимодействуют с водой. Такое взаимодействие учащиеся доказывают с помощью лакмуса. Но если ограничиться только этими опытами, то у учащихся может возникнуть ряд ошибочных представлений, связанных с неправильным переносом знаний. Так, например, большинство учащихся пишут уравнение реакции не существующего в природе процесса взаимодействия оксида кремния (IV) с водой. Для исправления этой ошибки необходимо, чтобы учащиеся провели опыт и сами убедились с помощью раствора лакмуса, что данные вещества не взаимодействуют между собой. Такие опыты помогут учащимся преодолеть типичные ошибки.

В практической деятельности учащихся также велика вероятность ошибок, связанных с нарушением правил техники безопасности. При получении хлороводорода и соляной кислоты учащиеся нередко опускают газоотводную трубку прибора в воду, забывая о том, что хлороводород хорошо растворяется в воде. Даже предупредительные слова учителя и инструкция учебника не оказывают должного воздействия. В подобной ситуации необходим специальный корректирующий эксперимент, демонстрирующий возможные последствия при неправильном проведении реакции. Учитель умышленно делает экспериментальную ошибку и тем самым показывает, как не следует ставить данный опыт. Видя результаты неправильного обращения с прибором, учащийся в своей практической работе уже не допустит подобной ошибки.

5. Исследовательская функция связана с развитием практических умений и навыков по анализу и синтезу веществ, поиску знаний о свойствах веществ и исследованию их простейших признаков, конструированию приборов и установок, т.е. освоению простейших методов научно-исследовательской работы. В соответствии с этой функцией учебный химический эксперимент как бы соединяет применение основных приемов научного метода с выполнением учащимися учебно-исследовательских заданий.

Наиболее распространенными и доступными исследованиями являются практические работы по качественному анализу веществ. Экспериментальные исследовательские работы ценны в творческом отношении и дают возможность обучаемым самим создавать опытные установки для исследования веществ. В ходе таких работ не только изучаются вещества, но и осваиваются различные экспериментальные методы, применяемые в химии. [4]

Однако в химии важны не только качественные, но и количественные показатели. Ученический эксперимент, связанный с измерением количественных характеристик, практически не используется на уроках и очень редко применяется на факультативных и внеурочных занятиях по химии. Вместе с тем систематическое выполнение количественных экспериментальных задач приучает учащихся аккуратно работать, критически подходить к делу, вырабатывает навыки точной количественной оценки результатов эксперимента и существенно изменяет характер поисковой познавательной деятельности.

Первоначально учащиеся начинают решать количественные экспериментальные задачи на образцах искусственных смесей (например, определение содержания карбонатов в выданном образце щелочи). Затем характер задач усложняется и приближается к жизненным условиям (например, определение кислотности пищевых продуктов: хлеба, молока, ягод, фруктов и т.д.). Особый интерес представляют количественные экспериментальные задачи по синтезу веществ (например, получение индикатора метилоранжа и других препаратов, необходимых для школьного химического эксперимента). Они имеют ценность и в творческом, и в эмоциональном аспектах: синтезированный препарат сохраняется и используется затем в других экспериментах. Выполняя эти работы, учащиеся не только изучают вещества, но и осваивают экспериментальные методы, применяемые в химии (взвешивание, титрование, экстракция, хроматография, анализ, синтез и т.д.).

6. Обобщающая функция учебного химического эксперимента создает условия для выработки предпосылок при построении различных типов эмпирических обобщений. С помощью серии учебных экспериментов можно сделать обобщенный вывод.

Например, наблюдение опытов по электропроводности водных растворов кислот, щелочей и солей приводит учащихся к обобщению: несмотря на различную природу этих веществ, их растворы обладают одним свойством - все они могут проводить электрический ток. Полученные в опытах отдельные экспериментальные факты могут быть интерпретированы в общий вывод, на основании которого дается определение понятия «электролит».

В преподавании химии часто возникают такие ситуации, при которых обобщение, сделанное на основе эксперимента, дополняется и уточняется с помощью теории.

При формировании обобщенного понятия «реакция замещения» для создания эмпирической базы необходимо провести как минимум три опыта: взаимодействие растворов хлорида меди(II) с цинком, сульфата меди(II) с железом, нитрата серебра с медью. Если указанные металлы взять в виде порошков, то учащиеся, наблюдая опыты, могут сделать обобщенный вывод: в этих опытах было взято по два исходных вещества (простое и сложное) и получилось два новых (простое и сложное). Однако этот эмпирический вывод недостаточен для обобщенного определения реакции замещения. Привлекая знания атомно-молекулярной теории, учитель объясняет механизм этой реакции и дает следующее определение: «Химические реакции между простым и сложным веществами, при которых атомы, составляющие простое вещество, замещают атомы одного из элементов сложного вещества, называются реакциями замещения».

В обобщении на базе эксперимента важно не только передавать определенную сумму знаний, но и формировать единые правила работы в лаборатории.

В государственном образовательном стандарте по химии для полной средней общеобразовательной школы в требованиях к уровню подготовки выпускников перечислены основные экспериментальные умения. Большинство из этих умений являются обобщенными: обращаться с простейшим лабораторным оборудованием, растворять твердые вещества, проводить отстаивание, фильтрование, обращаться с кислотами и щелочами, готовить растворы с определенной массовой долей растворенного вещества, собирать из готовых деталей приборы, определять с помощью характерных реакций неорганические и органические вещества, в том числе и полимерные материалы. При формировании экспериментальных умений необходимо постоянно обращать внимание учащихся на то, как следует правильно проводить тот или иной эксперимент с точки зрения техники безопасности.

7. Мировоззренческая функция определяется дидактической ролью учебного химического эксперимента в научном химическом познании. Эксперимент является составной частью в цепи диалектического процесса познания учащимися объективной действительности. Правильно поставленный учебный химический эксперимент - важнейшее средство формирования научного мировоззрения учащихся в процессе усвоения основ химической науки. [4]

Все перечисленные функции учебного химического эксперимента взаимосвязаны и взаимообуславливают друг друга. От возможности выполнения этих функций зависят успех и эффективность проводимого учебного химического эксперимента.

Химический эксперимент относится к специфическим методам обучения, что обусловлено особенностью предмета - химии, при изучении которого нельзя упускать наглядность. Эксперимент позволяет не только как можно подробнее понять, что же происходит в конкретной химической реакции, но и помогает повысить интерес учащихся к предмету химии.

Выполнять эксперимент возможно лишь с опорой на полученные ранее знания. Теоретическое обоснование опыта способствует его восприятию (которое становится более целенаправленным и активным) и осмыслению его сущности. Проведение эксперимента обычно связано с выдвижением гипотезы.

Формулирование гипотезы учащимися развивает их мышление, заставляет применять имеющиеся знания и в результате проверки гипотезы получать новые знания. Химический эксперимент открывает большие возможности также и для создания и последующего разрешения экспериментальных ситуаций.

1.2 Основные виды химического эксперимента

Эксперимент должен стать необходимой частью урока при изучении конкретных вопросов. Ученики должны знать, для чего проводится эксперимент, какое теоретическое положение он подтверждает, на какой вопрос поможет ответить.

Различают следующие типы школьного химического эксперимента:

* демонстрационный эксперимент;

* лабораторные опыты;

* лабораторные работы;

* практические работы;

* экспериментальный (лабораторный) практикум;

* домашний эксперимент.

Демонстрационный эксперимент - это химический эксперимент, проводимый преподавателем (в редких случаях подготовленным учеником).

Основные задачи демонстрационного эксперимента: раскрытие сущности химических явлений; показ учащимся лабораторного оборудования (приборов, установок, аппаратов, химической посуды, реактивов, материалов, приспособлений); раскрытие приемов экспериментальной работы и правил безопасности труда в химических лабораториях. [9]

Требования к демонстрационному эксперименту впервые были сформулированы В.Н. Верховским и развиты К.Я. Парменовым, А.Д. Смирновым, В.П. Гаркуновым, М.С. Пак и др. [3, 4, 24, 26, 27]

В процессе демонстрационного эксперимента необходимо реализовать следующие требования:

1) обозреваемость (обеспечение хорошей видимости всем учащимся);

2) наглядность (обеспечение правильного восприятия учащимися);

3) безукоризненная техника выполнения;

4) безопасность для учащихся и учителя;

5) оптимальность методики эксперимента (сочетание техники эксперимента и слов учителя);

6) надежность (без срывов);

7) выразительность (раскрытие сущности объекта при минимальной затрате усилий и средств);

8) эмоциональность;

9) убедительность (однозначность объяснения, достоверность результатов);

10) кратковременность;

11) эстетичность оформления;

12) простота техники выполнения;

13) доступность для понимания;

14) предварительная подготовка эксперимента;

15) репетиция методики эксперимента.

Лабораторные опыты - это эксперимент, который выполняют учащиеся под непосредственным руководством учителя. Лабораторные опыты являются, как правило, единичными и помогают изучить отдельные стороны химического объекта.

Лабораторные работы представляют собой совокупность лабораторных опытов и позволяют изучить многие стороны химических объектов и процессов. Лабораторные работы заключаются в проведении учащимися по заданию учителя опытов с использованием приборов, инструментов и прочего оборудования. По времени они могут занимать от 5-10 до 40-45 мин (лабораторный урок). На лабораторном уроке учащиеся работают в основном не по заданиям и не по книге, а на основании живого слова преподавателя.

Практические работы являются одним из видов экспериментальной учебной деятельности школьников. Практические занятия отличаются более высокой степенью самостоятельности учащихся и способствуют совершенствованию их знаний и умений.[1]

Экспериментальный практикум - вид самостоятельной работы учащихся, проводимой в основном в старших классах. Экспериментальный практикум обычно организуется при завершении крупных разделов курса и имеет преимущественно повторительно-обобщающий характер. Такой практикум способствует формированию обобщенных знаний и умений.

Домашний эксперимент - это опыты, выполняемые учащимися в домашних условиях и способствующие удовлетворению познавательных интересов и потребностей учащихся, а также развитию опыта их творческой деятельности.

С целью профессиональной подготовки к образовательной практике молодые учителя должны целенаправленно осваивать технику и методику школьного химического эксперимента.

Эффективность обучения химии тесно связана с общим планированием учебного материала. Основные задачи, которые решаются в процессе планирования, - это оптимизация учебного процесса, определение объема учебного материала, подбор заданий на урок и на дом, выделение времени на проведение лабораторных опытов и практических занятий, решение экспериментальных и расчетных задач, контроль знаний, умений и навыков учащихся, закрепление и повторение материала.

Преподаватель химии должен уметь планировать эксперимент и по всей теме, и для конкретного урока, методически правильно его применять, отбирать наиболее подходящие для каждого конкретного случая варианты опытов, руководить познавательной деятельностью учащихся, анализировать, оценивать свою деятельность при проведении демонстраций, а также деятельность учащихся при выполнении ими самостоятельно экспериментальной работы.

Планирование химического эксперимента: в начале учебного года в соответствии с учебной программой устанавливается последовательность проведения демонстраций, лабораторных опытов, практических занятий и решения экспериментальных задач по темам и их связь с теоретическими занятиями; определяется перечень экспериментальных умений и навыков, которые должны приобрести учащиеся, и дидактические средства, позволяющие достичь поставленных целей. Зная предварительно сроки проведения эксперимента, преподаватель имеет возможность заблаговременно подготовить к урокам оборудование, учебные пособия и др.

Подготовка к уроку зависит от типа урока и поставленной дидактической цели. Вначале преподаватель уточняет учебно-воспитательные задачи урока и продумывает методику его проведения. Чтобы химический эксперимент обеспечивал прочные и глубокие знания, необходимо предусмотреть, какие экспериментальные умения и навыки будут приобретены учащимися, с помощью каких приемов можно добиться понимания ими наблюдаемых химических превращений. Преподавателю рекомендуется просмотреть соответствующую методическую литературу, наметить вопросы, выявляющие теоретические знания учащихся по теме, выделить моменты, способствующие приобретению умений, навыков, а также облегчающие восприятие учебного материала в дальнейшем, и сосредоточить на них внимание.

Преподавателю необходимо продумать, на каком этапе урока, в какой последовательности, с какими реактивами и приборами провести опыты, определить их место во время занятия в зависимости от поставленных задач, а также форму записи полученных результатов (рисунок, таблица, уравнение реакции и т.д.).

Очень важно перед уроком отрепетировать технику выполнения каждого демонстрационного опыта, проверить наличие и качество реактивов, а также убедиться в наглядности работы прибора и происходящих явлений, т.к. неполадки, обнаруженные в процессе проведения урока, ухудшают дисциплину учащихся и препятствуют достижению поставленной цели. При необходимости следует заменять реактивы, исправлять приборы либо подбирать заранее другую подходящую аппаратуру.

Прочность и осознанность знаний по химии возрастают, если химический эксперимент осуществляют сами ученики. Для его проведения необходимо овладеть целым рядом умений и навыков, отсутствие которых мешает учащимся сосредоточить внимание на сущности происходящих химических явлений, т.к. им приходится больше заниматься техникой проведения опытов.

Овладение экспериментальными умениями и навыками необходимо не только для успешного усвоения содержания курса химии, но и при продолжении образования в вузах и для будущей производственной деятельности. Наиболее важны следующие умения и навыки:

* обращение с посудой, приборами, реактивами;

* проведение таких операций, как нагревание, растворение, собирание газов и др.;

* наблюдение химических явлений и процессов и правильное объяснение их сущности;

* составление письменного отчета о проделанной работе;

* пользование справочной литературой.

Чтобы управлять процессом совершенствования и развития умений и навыков учащихся, преподаватель должен сам четко представлять путь и методику их формирования. Для этого ему необходимо постоянно и внимательно знакомиться с программой по химии. В ней есть перечень практических умений и навыков, которые учащиеся должны приобретать по мере изучения курса химии. Проверять уровень владения практическими умениями и навыками нужно начинать сразу после первых практических занятий. Например, после знакомства учащихся с лабораторным оборудованием преподаватель на следующих уроках проверяет, как они усвоили соответствующие умения.

Наиболее эффективно умения и навыки формируются при соблюдении следующих условий:

* сочетание наглядного показа опыта с устным комментированием хода его выполнения;

* объяснение сущности явлений, происходящих при выполнении опыта;

* уточнение необходимости эксперимента и предупреждение возможных ошибок;

* контроль со стороны преподавателя и оказание дифференцированной помощи учащимся.

Большое значение в совершенствовании и закреплении умений и навыков имеет индивидуальное выполнение опытов учащимися. При самостоятельном выполнении опытов, в которых встречаются уже известные ученикам приемы и операции, они быстрее и прочнее закрепляются и совершенствуются.

При наблюдении за учениками следует обращать внимание на:

* их умение пользоваться реактивами, посудой и другим оборудованием;

* их работу с приборами (сборка, проверка на герметичность, закрепление в штативе, использование в опытах);

* выполнение ими различных операций (наливание и насыпание веществ, растворение твердых, жидких и газообразных веществ, измельчение и смешивание твердых веществ, собирание газов и др.);

* распознавание ими веществ по физическим свойствам, характеру горения и качественным реакциям.

Наряду с этим необходимо проверять: понимают ли учащиеся цель опыта, умеют ли составлять план проведения эксперимента, знают ли, какие вещества и приборы нужно использовать, при каких условиях будет протекать данный химический процесс и как выразить его соответствующими уравнениями реакций, умеют ли анализировать опыты, делать обобщения и выводы.

Важно также осуществлять контроль за соблюдением учениками техники безопасности при обращении с реактивами, нагревательными приборами, химической посудой, а также за чистотой рабочего места, бережным отношением к оборудованию и экономным расходованием реактивов, за рациональным использованием времени на проведение отдельных приемов и операций, за дисциплиной.

Эффективность обучения химии с использованием эксперимента зависит от наличия постоянных обратных связей. Учет экспериментальных умений и навыков - это итог работы не только учащихся, но и преподавателя.

Химический эксперимент - важный источник знаний. В сочетании с техническими средствами обучения он способствует более эффективному овладению знаниями, умениями и навыками. Систематическое использование на уроках химии эксперимента помогает развивать умения наблюдать явления и объяснять их сущность в свете изученных теорий и законов, формирует и совершенствует экспериментальные умения и навыки.

Химический эксперимент для того, чтобы быть методом формирования и развития понятий должен быть экспериментальным, потому что систематическое использование экспериментальных задач в обучении при разумном их сочетании с традиционными экспериментальными работами учащихся - эффективное средство обучения и развития учащихся.

1.3 Сущность экспериментально химических задач

Эксперимент в иллюстративной форме чаще всего проводят после ознакомления учащихся с изучаемым материалом и объяснения его с теоретической точки зрения. Перед проведением опыта разбирают и составляют уравнение реакции. Выполняемый вслед за этим эксперимент становится иллюстрацией к объяснению учителя, то есть формой практического доказательства правильности сведений, сообщаемых учителем. При такой форме эксперимента учащиеся получают готовые знания, почти не участвуя в процессе их выработки.

При использовании исследовательской формы химического эксперимента учащиеся, получив познавательную задачу, активно применяют свои знания и умения. Они обдумывают, как провести эксперимент, чтобы достичь поставленной цели, какие взять вещества, как сконструировать прибор, какие операции и в какой последовательности провести. Затем во время опыта, который проводится по определённому плану, они наблюдают за его ходом и анализируют полученные данные, объясняя их с теоретической точки зрения, делают выводы.

Среди организационных форм постановки химических опытов, приближающих учащихся к научному экспериментальному исследованию, на определённых этапах обучения может быть рассмотрена и такая форма, как экспериментальная задача. Что следует понимать под экспериментальным экспериментом? Какова взаимосвязь между экспериментальным и исследовательским экспериментом? Каковы возможности применения экспериментальных задач при изучении химии?

Ответы на эти вопросы можно получить, сформулировав само понятие «экспериментальная задача». [41] Экспериментальная задача - это такая форма применения химического эксперимента в обучении, которая даёт возможность создать и организовать экспериментальную ситуацию, вызывая интерес учащихся к поиску причин наблюдаемого явления. [3, 36, 41, 13, 10].

Когда проведён нестандартный, оригинальный или неожиданный по наблюдаемым результатам эксперимент, то он своим содержанием или необычным направлением сразу создаёт экспериментальную ситуацию. После осознания проблемы учащиеся непроизвольно включаются в поисковую деятельность, которая требует от них нового, оригинального подхода или нового, неизвестного им ранее способа решения проблемы. Поисковая мыслительная деятельность учащихся при этом может быть различной: анализ фактор, возникновение догадки, выдвижение гипотез, сопоставление новых данных с известными теориями, обобщения, получение нового знания. Дальнейшие исследования, к которым побуждает экспериментальная задача, могут носить также различный характер - теоретические изыскания или исследовательский эксперимент.

Следовательно, экспериментальный и исследовательский эксперимент - понятия различные. Экспериментальная задача ставит эксперимент в процессе обучения (путем создания противоречий, введения элементов неожиданности и несоответствия), а исследовательский эксперимент направлен на её решение. Хотя нужно отметить, что исследовательский эксперимент тоже может приводить к созданию экспериментальных ситуаций, а они, в свою очередь, потребуют проведения новых или дополнительных исследований. Чтобы учащиеся могли провести какое-либо исследование, им нужно предложить экспериментальное задание, а само задание может быть, на основе как теоретического материала, так и экспериментальных задач.

Таким образом, анализ способов применения различных форм школьного химического эксперимента позволяет сделать вывод о том, что помимо двух известных форм - иллюстративного и исследовательского эксперимента в современной школе возможно применение ещё одной новой формы - экспериментальных задач. [41]

Экспериментальная задача как самостоятельная форма химического эксперимента применяется на различных этапах процесса обучения: при изучении нового материала, совершенствовании знаний, обобщении, повторении, закреплении или контроле знаний. Экспериментальные опыты можно не только включать в содержание уроков, но и применять на факультативных, кружковых занятиях, а также при индивидуальной работе с учащимися. [41]

Разнообразная экспериментальная работа учащихся может содержать экспериментальные элементы или сложные экспериментальные задания, а также отличаться по объёму и уровню проблематичности в зависимости от характера работы, степени подготовленности учащихся, оснащения химической лаборатории и других факторов. Систематическое использование экспериментальных задач в обучении при разумном их сочетании с традиционными экспериментальными работами учащихся - эффективное средство обучения и развития учащихся. [41] Такие результаты достигаются потому, что при отсутствии заданной инструкции и при минимальной помощи со стороны учителя учащиеся могут проявить свои творческие способности и самостоятельность в максимальной степени. При использовании экспериментальных задач на начальном этапе возникают трудности не только у учащихся, но и учителей. [41] Впервые сталкиваясь с подобной формой эксперимента, учителя должны не только освоить методику проведения экспериментальных опытов, но и почувствовать интерес к новой форме работы, усилить и укрепить материальную базу химического кабинета, выявить возможности учащихся разных классов к такому способу обучения. [41]

При систематическом использовании экспериментальных задач на уроках возрастает значимость дифференцированного подхода, так как при таком способе обучения довольно быстро происходит расслоение класса на группы, выделяется группа наиболее способных учащихся, которые успешно справляются с заданиями и хотят попробовать свои силы в решении ещё более сложных задач. Таким образом, учитель, применяя экспериментальную задачу, решает определённые вопросы индивидуализации процесса обучения. Именно это требуется от него для преодоления главного противоречия в классно - урочной системе - противоречия между коллективным характером обучения и индивидуальным способом усвоения знаний учащимися. [41]

Выполнение экспериментальных опытов рассматривается как самостоятельная форма школьного химического эксперимента. [39,41]

Демонстрация учителем опыта взаимодействия лития с раствором сульфата меди (II) даёт возможность установить образование в результате реакции водорода и осадка чёрного цвета, по предположению учащихся оксида меди (II). Данный результат вступает в противоречие с представлениями учащихся о взаимодействии металлов с растворами солей и создаёт экспериментальную ситуацию. Для разрешения проблемы выдвигается гипотеза о возможности протекания реакции активного металла с водой в растворе этой соли. С целью обоснования гипотезы приводятся уравнения реакций взаимодействия лития с водой и взаимодействия образовавшейся щёлочи с раствором соли меди - это теоретические данные.

Такой теоретический анализ обосновывает образование водорода и гидроксида меди (II), но остаётся неясным вопрос о получении оксида меди(II). Чтобы помочь учащимся разобраться в результатах экспериментальной опыта, предлагается им дополнительно понаблюдать за проведением исследовательских опытов по взаимодействию лития с растворами солей других металлов - магния, железа (III), никеля. Во всех этих опытах происходит образование водорода и выпадают осадки гидроксидов соответствующих металлов. Данные опыты очень эффектны и наглядно убеждают учащихся в том, что при действии активного щелочного металла на растворы взятых солей не происходит вытеснения менее активного металла, как они предполагали раньше, а образуются нерастворимые гидроксиды. Объясняя опыты и составляя уравнения реакций, учащиеся должны учитывать, что щелочной металл активно взаимодействует с водой, образуя щёлочь и водород. Эта реакция экзотермическая и сопровождается выделением большого количества теплоты. Затем щёлочь реагирует с раствором соответствующей соли и получается нерастворимое в воде основание. [39, 40, 41]

Полученные экспериментальные данные и их теоретическое объяснение позволяют продолжить решение экспериментальной задачи, возникшей при выполнении первого опыта. Учитель ставит вопрос: почему при выполнении этого опыта образуется не синий осадок гидроксида меди (II), а чёрный осадок оксида меди (II)? Учащиеся должны актуализировать свои знания о свойствах гидроксида меди (II) и выдвинуть ещё одну гипотезу: очевидно, гидроксид меди (II), который первоначально образуется при взаимодействии лития с раствором соли меди (II), в ходе опыта сразу разлагается под действием теплоты, выделяющейся при реакции лития с водой.

Для аргументирования данной гипотезы нужна дополнительная информация о температуре разложения гидроксида меди (II). По справочным данным учащиеся находят, что гидроксид меди (II) разлагается при температуре 50⁰C. Естественно, что у учащихся сразу возникает ещё один вопрос - о температуре, которая достигается при проведении опыта. Тогда целесообразно повторить опыт и измерить температуру раствора в верхней части пробирки. Выясняется, что температура раствора при проведении опыта в данных условиях достигает примерно 70⁰C, что вполне достаточно для разложения образующегося гидроксида меди (II). Это тоже исследовательский эксперимент.

Итак, установив все особенности опыта, проверив гипотезу и свои аргументы, пронаблюдав исследовательские эксперименты, учащиеся смогут дать полное объяснение необычному демонстрационному опыту и составить уравнения всех последовательно протекающих в растворе реакций.

Для проверки найденного решения проблемы нужно провести ещё два проверочных демонстрационных опыта: сравнить действие: 1) лития и 2) нагревания - на гидроксид меди (II), полученный реакцией обмена. Опыты выполняют следующим образом. В двух пробирках реакцией обмена получают нерастворимый синий осадок гидроксида меди (II). В одну пробирку с осадком добавляют литий, а другую нагревают. И в том, и в другом случае синий осадок гидроксида меди (II) разлагается с образованием чёрного осадка оксида меди (II). [39, 40]

Наблюдая проверочный опыт разложения гидроксида меди (II) при действии лития, учащиеся должны понять, что сначала литий реагирует с водой, при этом выделяется теплота, затем происходит разложение гидроксида меди (II), так же как, например, при нагревании на спиртовке. Уравнение реакций одинаковые, но источники теплоты разные. В первом случае - теплота реакции взаимодействия лития с водой, оказывается подтверждённой благодаря проверочному эксперименту. Ответ на ещё одну возникающую при проведении данных опытов с литием проблему: почему одни гидроксиды, образующиеся при действии лития на растворы солей, разлагаются, а другие нет, может быть получен при работе со справочниками в сочетании с проведением исследовательских опытов. Это тоже творческая работа, и она приводит к заключительному выводу, что только гидроксид меди (II), имеющий температуру разложения 50⁰C, способен при условиях опыта разлагаться. Гидроксиды железа (III), никеля не разлагаются, так как теплоты реакции взаимодействия лития с водой для их разложения недостаточно.

Итак, на данном примере отчётливо видно, что разнообразные экспериментальные ситуации, которые возникают в ходе экспериментальных демонстраций, показывающих отношение щелочного металла лития к растворам солей, могут постепенно разрешаться с помощью предлагаемой единой схемы. [39, 40]

Рассматривая различные формы химического эксперимента в экспериментальном обучении, можно сделать вывод, что наряду с иллюстративным экспериментом на уроках возможно и необходимо применение и экспериментальной формы выполнения химических опытов.

Главной задачей развивающего эксперимента на уроках химии является развитие мышления. Учащиеся глубоко вникают в сущность проводимых опытов, задумываются над их результатами и пытаются ответить на вопросы только в том случае, если эксперимент поражает воображение и сильно влияет на эмоциональную сферу. [39, 41]

1.4 Формирование и развитие основных химических понятий курса химии средней школы

Важнейшая образовательная задача школьного курса химии - формирование химических понятий. Поскольку они отражают химическую картину мира, эти понятия являются основой, на которой формируется научно-материалистическое мировоззрение учащихся. Формирование основных химические понятия происходит на всем протяжении изучения курса неорганической химии. [44]

Научные понятия в процессе развития науки изменяются, совершенствуются, проходят определенные этапы познания. Понятия школьного курса химии также не остаются неизменными. Историко-логический подход к изучению курса химии в целом предусматривает постепенное движение по ступеням познания, характеризующееся прежде всего развитием понятий [23].

К основным химическим понятиям относятся вещества и химические реакции. Формирование научно-химических понятий у учащихся в процессе изучения химии в средней школе проходит несколько стадий. На первой стадии они формируются на основе рассмотрения предметов и процессов с внешней стороны, и последующего обобщения без теоретического объяснения. Например, понятие "вещество" определяется как то, из чего состоят физические тела. Понятия "вещество" и "тело" различаются лишь по наличию признака формы. Так же формируются понятия о смеси, чистом веществе. Затем углубляются знания учащихся о сущности изучаемых объектов на основе теории строения вещества; сначала на основе атомно-молекулярной теории, затем электронной, включая теорию электролитической диссоциации. По тем же ступеням формируются понятия о химических реакциях. Образование понятий проходит в соответствии с законами формальной логики. Поэтому необходимо изучать такие объекты, которые, обладая варьирующими признаками, имели бы и общие, существенные признаки. [16]

Формирование понятия о химической реакции проходит также несколько ступеней на протяжении всего курса химии средней школы. Первоначальное понятие о химической реакции характеризуется лишь одним признаком - превращением одних веществ в другие, что отличает химические реакции от механических изменений и других физических явлений. Затем следует ознакомление еще с двумя признаками:

1) с изменением внутренней энергии в системе,

2) с определенными отношениями между массами реагирующих веществ.

Следующая ступень в развитии понятия о химических реакциях - рассмотрение их на основе атомно-молекулярной, а затем и электронной теории. Для формирования понятия о химической реакции на каждой ступени его развития необходимо изучение целесообразно подобранных фактов в количестве необходимом и достаточном. [16]

Развитие понятий в систематическом курсе химии - это та «субстанция», на которой осуществляется развитие мышления по общим широким категориям, изучаемым на всех этапах школьного курса химии. Это сложные системы понятий о веществе, химическом элементе, химической реакции и химическом производстве. Анализ содержания школьного курса химии показывает, что все понятия школьного курса химии могут быть сгруппированы в эти категории. [44]

В следующей главе рассмотрим формирование системы понятий о химической реакции.

Выводы к первой главе

Изучение педагогической и методической литературы показало, что экспериментальная задача является одной из форм химического эксперимента входе, которого учащимся даётся не только определенный круг знаний, но и прививаются экспериментальные умения и навыки. Поэтому задача учителя - научить школьников чётко выполнять приёмы и операции, вникать в суть происходящих явлений, уметь правильно и логично объяснять увиденное.

Основными задачами экспериментально химических задач являются формирование основных химический понятий, прививания интереса к химии, развития и усовершенствования навыков по химическому эксперименту, развития творческой активности, инициативы и самостоятельности учащихся.



Глава 2. Исследование эффективности экспериментальных задач по неорганической химии как метода развития понятий о химической реакции

В данной главе рассмотрено содержание химического эксперимента для формирования системы понятий о химических реакция. Предложены экспериментальные эксперименты для демонстрационных опытов при объяснении нового материала и для закрепления пройденной темы. Проведено исследование эффективности использования данных экспериментов, в виде тестирования и контрольной работы.

2.1 Содержание химического эксперимента для формирования системы понятий о химической реакции

В силу того, что понятие химическая реакция является достаточно сложным и многогранным, сформировать полное представление обо всех его сторонах, раскрыть всю его философскую сущность невозможно за короткий промежуток времени. Более того, данное понятие формируется на протяжении всего курса обучения химии.

Понятие «химическая реакция» формируется поэтапно [44].

Первый этап. На первоначальных этапах изучения химии используется индуктивный подход. В основе изучения, как источник химического познания лежит химический эксперимент. В результате наблюдения за экспериментом учащиеся осознают образования новых веществ в ходе протекания химической реакции. Но в экспериментальном изучении реакций не уделяется внимания ее сущности, акцент делается на внешние проявления (изменение окраски раствора, выделение газа, выпадение осадка).

Понятие о химической реакции начинает формироваться с самых первых уроков. Сначала дают понятие о явлениях, происходящих в природе, повседневной жизни, быту, разграничивая явления на физические и химические. А затем сообщают учащимся о тождественности понятий «химическое явление» и «химическая реакция». На уровне атомно-молекулярного учения разъясняют, как можно по внешним признакам обнаружить протекание химической реакции. [44]. На данном этапе можно провести опыт с содой. Растворить соду в воде и уксусной кислоте. Тем самым дать определение химическим и физическим явлениям, а также атомно-молекулярным учениям, за счет признаков химической реакции.

Классификация химических реакций дается на уровне сравнения числа исходных и полученных веществ. При этом учащиеся используют такие мыслительные приемы как сравнение, анализ, синтез, обобщение. Все эти сведения включены в раздел «Первоначальные химические понятия». Далее все стороны системы понятий о химической реакции должны расширяться и дополняться новыми данными, т. е начинается этап накопления. Закономерности протекания химической реакции разбираются на простейших примерах: так реакция замещения железа с раствором медного купороса формирует понятие «реакция замещения», реакции окисления рассматриваются как процесс соединения вещества с кислородом, понятие о реакциях обмена на примере взаимодействия кислот с оксидами и т.д.

На втором этапе понятие о химической реакции получает дальнейшее развитие. Начинают формироваться энергетические представления о химических реакциях. Рассматривается понятие об экзо- и эндотермических реакциях, вводится новое понятие о тепловом эффекте химической реакции, термохимических уравнениях и их составлении. При изучении энергетических эффектов появляется возможность показать не только качественную, но и количественную сторону химической реакции. Количественные отношения веществ, вступивших в реакцию, трактуются как молярные отношения реагирующих веществ. [44]. На данном этапе можно продемонстрировать химический опыт разложения основного карбоната меди (II), так как реакция является эндотермическая, требующая постоянного нагревания и в результате данной реакции образуются три оксида.

...